Modelación del comportamiento hidrológico y de la oferta hídrica superficial total de la microcuenca de la Quebrada Santa Elena, Antioquia, Colombia.

Abstract

RESUMEN: La gestión de los recursos hídricos requiere del entendimiento de los procesos hidrológicos que ocurren en las cuencas hidrográficas y de la cuantificación de su oferta hídrica para el desarrollo efectivo de estrategias de uso sostenible del agua. Los modelos hidrológicos permiten la estimación y análisis de los recursos hídricos de una región. El objetivo principal de este estudio es calibrar un modelo hidrológico que permita representar el balance hídrico de la microcuenca de la quebrada Santa Elena para así caracterizar el comportamiento hidrológico de la cuenca y estimar la oferta hídrica superficial. También se realizó una cuantificación de las extracciones realizadas en la cuenca para el año 2020. Primero, se realizó una revisión de diferentes modelos hidrológicos que podrían cumplir los objetivos del proyecto con la información disponible. Se seleccionó e implementó HEC-HMS 4.7 (Sistema de Modelación Hidrológica del Centro de Ingeniería Hidrológica) para la simulación de los procesos lluvia-escorrentía en la microcuenca de la quebrada Santa Elena, de 25.5 km^2, ubicada en la zona centroriental de Medellín, Colombia. La cuenca fue discretizada espacialmente en celdas de 50m para la aplicación del modelo y dividida en 5 subcuencas para el análisis de información. La configuración del modelo incluyó los siguientes submodelos: interceptación discretizada por dosel de cobertura, almacenamiento superficial discretizado, Contenido de Humedad del Suelo (SMA) discretizado para la representación del flujo en el suelo, ModClark como método de transformación de la escorrentía y método de recesión para el caudal base. Para la distribución de lluvia se utilizó el método IDW haciendo uso de 7 estaciones meteorológicas influyentes en el área de estudio, mientras que para la evapotranspiración se calculó una media mensual multianual con la ecuación de Penman Monteith. La calibración y validación del modelo se realizó para el periodo de mayo de 2020 a octubre de 2020 con datos diarios. La estimación de la oferta hídrica se realizó para 2014-2019. Las extracciones se calcularon en base a la población proyectada para 2020 y la dotación bruta definida por el RAS 2000. Se analizaron los componentes: precipitación, percolación profunda, escorrentía superficial, caudal base y caudal. El desempeño del modelo fue de NSE=0.62 para la calibración y NSE=0.54 en la validación, mientras que PEV=6.96% y PEV=3.60% respectivamente. Los resultados muestran que el 77% del caudal total (33 millones de m^3 por año) corresponde al caudal base (25 millones de m^3) y el 23% restante a la escorrentía superficial. El caudal a la salida de la cuenca es de 1053.97 L/s y el caudal demandado medio diario estimado para 2020 es de 133.97 L/s, presentando en algunos acueductos un déficit.